DIY elektron Accelerator: Ett katodstrålerör i en flaska vin (1 / 13 steg)

Steg 1: Design/teori

Lika komplex som idén om en partikelaccelerator kan tyckas, är det faktiskt påfallande enkelt att genomföra. Designen kommer vi att använda först skapades i slutet av 19th century av J.J. Thomson och sedan används för att göra flera viktiga upptäckter om den grundläggande karaktären av Atomen och elektronen. Senare, i början 20th century, Cockroft och Walton (Japp, samma huliganerna ansvarar för spänning multiplikator) används en liknande design för att bygga den första verkliga elektrostatiska linjäraccelerator, eller "statiska linac" för kort. Numera används ofta avancerade versioner av denna typ av accelerator för strålbehandling och ion implantation.

Vår katodstråleröret är huvudsakligen två elektroder i en vakuumkammare med en hög spänning tillämpas dem emellan. När nog av luften i kammaren har tagits bort, kommer elektronerna fritt accelerera från den negativa elektroden (katod) mot den positiva elektroden (anoden). Men istället för påverkar anoden och tillbaka till strömförsörjningen, några elektroner kommer att flyga precis förbi den och Fortsätt tills de träffar en glasvägg.

Några intressanta effekter som kan observeras i detta skede är sputtring och magnetiska deformationen.

Sputtring:

Om accelerationen potentiella är tillräckligt hög, har några elektroner slående anoden tillräckligt med energi för att slå metalljoner rätt av elektroden. Dessa joner kommer att deponeras på väggarna i kammaren nära anoden och att skapa ett silverglänsande band något som påminner om den "getter" inne i en gammal vakuumrör.

Magnetiska deformation:

I fysik, vi alla lärt oss Lorentz kraft lagen ( F = q [E + v x B]), eller kraften en avgift på grund av elektromagnetiska fält. I detta sammanhang, det säger oss att elektronerna kommer att påskyndas från katod till anoden due E, elektrostatiska fältet skapad av högspänning strömförsörjningen och att dessa elektroner påskyndas också av ett annat fält, B, på ett sätt som är beroende av hastigheten, v, av dessa elektroner. Eftersom hastigheten vektorerna av elektronerna kommer peka ungefär från katod till den anoden utan en yttre magnetfält, vi kan använda detta för att ta reda på vilken effekt en magnetfält kommer ha om vi inför en.

Låt oss säga att vi tar en magnet nära röret medan det är strömförande och vi anpassa den så att dess fält är ungefär normal på ytan av vakuumkammare. Om vi beräkna qv x B, finner vi att kraft på grund av det magnetiskt sätter in är vinkelrät till vägar av elektronerna och de magnetiska sätter in (av definitionen av en korsprodukt). Med andra ord magneten kurvor av elektronerna och denna effekt förstärks av den varaktighet som elektronerna spendera i fältet. Denna effekt kan lätt observeras i våra katodstrålerör om en magnet finns i närheten.

Jag har bifogat ett diagram av mekaniska konstruktionen av acceleratorn att ge en ungefärlig uppfattning om hur allt kommer att fungera.